中国南部珠江デルタ地域の黒オドラス河川の堆積物中の薄膜中の拡散性勾配によるリン，鉄，硫黄のその場高分解能測定を行った

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Environ. Res..2020 Jul;189:109918. S0013-9351(20)30813-6. doi: 10.1016/j.envres.2020.109918.Epub 2020-07-11.

中国南部珠江デルタ地域の黒オドラス河川の堆積物中の薄膜中の拡散性勾配によるリン，鉄，硫黄のその場高分解能測定を行った

In situ high-resolution measurement of phosphorus, iron and sulfur by diffusive gradients in thin films in sediments of black-odorous rivers in the Pearl River Delta region, South China.

Nan Rong
Wenzhou Lu
Chaoyu Zhang
Yishu Wang
Jialiang Zhu
Wenqiang Zhang
Pei Lei

PMID: 32678742 DOI: 10.1016/j.envres.2020.109918.

抄録

堆積物中のリン（P），鉄（Fe），硫黄（S）の循環はこれまでにも研究されてきましたが，黒オドラス水域の形成に及ぼす影響は明らかにされていませんでした。本研究では、中国南部の珠江デルタ地域において、DGT法に基づく河川堆積物中のP, Fe, Sプロファイルの高分解能同時測定を実施した（P, Feは2mm、Sは0.042mm）。その結果、FeとPの間には類似した分布傾向と有意な正の相関関係(R=0.67-0.93, p<0.01)が観察され、FeとPの高い拡散フラックスを考慮すると、Feの還元によりPの放出が促進されていることが明らかになった。また、二次元のラビレ性Sのプロファイルから、堆積物中のS濃度は水中のS濃度よりも1.6〜20倍高いことがわかった。また、Sの拡散流束が小さく、酸性揮発性硫化物が蓄積していることから、拡散に先立ってSがFeと結合していることが示唆された。さらに、黒味を帯びた水域の形成機構についても検討した。(i)CODやNH-Nによる酸素枯渇と多量の硫酸塩の投入が主な外因的駆動要因であること、(ii)FeとSの還元が主な外因的駆動要因であることを明らかにした。(ii) FeとSの還元による硫化第一鉄の生成とそれに伴う堆積物中のPの放出が主な原因であることを明らかにした。これらの観察結果は、メカニズム解析と合わせて、黒臭河川のガバナンスの基礎を提供することができる。

The cycling of phosphorus (P), iron (Fe) and sulfur (S) in sediments has been previously investigated, but its impacts on the formation of black-odorous waterbodies remains unclear. Here, high-resolution (i.e., 2 mm for P and Fe, and 0.042 mm for S of 2D presentation) simultaneous measurements of P, Fe, and S profiles in river sediments based on the diffusive gradients in thin-films (DGT) technique were conducted in the Pearl River Delta region, South China. Similar distribution trends and significant positive correlations (R = 0.67-0.93, p < 0.01) were observed between Fe and P. Considering the high diffusion fluxes of Fe and P together, it revealed that P release was promoted by the Fe reduction. The two-dimensional labile S profiles showed that their concentrations in sediments were higher by factors of 1.6-20 than those in overlying water. The minor diffusion fluxes of S and the accumulation of acid volatile sulfide indicated that S combining with Fe occurred prior to diffusion. Furthermore, the formation mechanisms of black-odorous waterbodies were explored: (i) oxygen depletion by COD and NH‒N and large amounts of sulfate input were the main exogenous driving factors. (ii) Reduction of Fe and S to form ferrous sulfide accompanied with P release in sediments were the dominant endogenous causes. These observations together with mechanism analysis can provide a basis for the governance of black-odorous rivers.